Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - CAD-Belastungsanalyse Symmetrieschnitt: Unterschied zwischen den Versionen
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Die Simulation mit dem Finite-Elemente-Netz der kompletten Puffer-Baugruppe stößt bereits an Grenzen der Berechenbarkeit auf einfacher PC-Technik. Man kann Symmetrie-Eigenschaften ausnutzen, um nur einen Teil des gesamten Netzes zu verwenden. Über die Symmetrie-Beziehungen können die berechneten Ergebnisse auf die restlichen Teile des Netzes projiziert werden (Spiegelungen, Drehungen). Vorhandene Symmetrien werden bestimmt durch: | |||
* | # Geometrie des Untersuchungsobjekts (einschließlich Verteilung der Materialien) | ||
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* Eigentlich würde ein "unendlich schmales Tortenstück" des quer halbierten Puffers ausreichen. | |||
* Um den Prozess einfach und anschaulich zu gestalten, beschränken wir uns hier auf eine komplette Hälfte des Gummipuffers. Damit erhalten wir auch die gewünschte komplette Ergebnisdarstellung auf der Schnittfläche (XZ-Ebene des Ursprungskoordinatensystems). | |||
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Dafür beenden wir vorläufig die Belastungsanalyse. Die erforderlichen Konstruktionsschritte für das definierte Entfernen einer Baugruppenhälfte werden ausführlich erläutert: | |||
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* Aktivieren der '''''MFL > 3D-Modellierung'''''-Registerkarte zum Modellieren eines Quaders als "Schnittwerkzeug". | |||
* '''2D-Skizze''' auf die Deckfläche der oberen Stahlscheibe | |||
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Damit ist das rechteckige Schnittprofil unabhängig vom Pufferdurchmesser immer hinreichend groß: | Damit ist das rechteckige Schnittprofil unabhängig vom Pufferdurchmesser immer hinreichend groß: | ||
* Mittels '''Extrusion''' (Differenz) des Rechteck-Profils können wir nun eine Hälfte der Baugruppe entfernen:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Belastungsanalyse_-_rechteck_differenz-extrusion.gif| ]] </div> | |||
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Nach Wechsel in die Belastungsanalyse müssen wir die Simulation entsprechend der Symmetrieeigenschaften umkonfigurieren: | Nach Wechsel in die Belastungsanalyse müssen wir die Simulation entsprechend der Symmetrieeigenschaften umkonfigurieren: | ||
* Die Kraft der Streckenlast darf nur noch 50 N betragen. | * Die Kraft der Streckenlast darf nur noch 50 N betragen. | ||
* Die (automatischen) Kontakte muss man aktualisieren. | * Die (automatischen) Kontakte muss man aktualisieren. | ||
* Für die Schnittflächen muss | * Für die Schnittflächen muss mittels zusätzlicher festgelegter Abhängigkeit die Bewegung in Y-Richtung verhindert werden:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Belastungsanalyse_-_y-fixierung_schnittflaeche.gif| ]] </div> | ||
* Mit dem reduzierten Netz gelingen unter Beachtung der Symmetriebedingungen nun vergleichbare | * Mit dem reduzierten, aktualisierten Netz gelingen unter Beachtung der Symmetriebedingungen nun vergleichbare Ergebnisse wie mit dem kompletten Modell (Deformationsdarstellung angepasst x5):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Belastungsanalyse_-_ergebnis-mises_im_schnitt.gif| ]] </div> | ||
* | * Das reduzierte Netz ermöglicht eine Verfeinerung insbesondere der globalen Elementgröße. | ||
* | * Nach einer Anpassung des Maximalwertes der Farbskala auf einen sinnvollen Wert unterhalb des berechneten Extremwertes ergibt sich z.B. folgender Verlauf der Belastung innerhalb der Gummihülse:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Belastungsanalyse_-_ergebnis-mises_im_schnitt_fein.gif| ]] </div> | ||
=== Fragen (Streckenlast) === | |||
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# Wie stark wird der Gummipuffer maximal zusammengedrückt (in Z-Richtung). | |||
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Aktuelle Version vom 7. Februar 2020, 14:32 Uhr
Symmetrieschnitt durch Baugruppe
Die Simulation mit dem Finite-Elemente-Netz der kompletten Puffer-Baugruppe stößt bereits an Grenzen der Berechenbarkeit auf einfacher PC-Technik. Man kann Symmetrie-Eigenschaften ausnutzen, um nur einen Teil des gesamten Netzes zu verwenden. Über die Symmetrie-Beziehungen können die berechneten Ergebnisse auf die restlichen Teile des Netzes projiziert werden (Spiegelungen, Drehungen). Vorhandene Symmetrien werden bestimmt durch:
- Geometrie des Untersuchungsobjekts (einschließlich Verteilung der Materialien)
- Art der Zwangsbedingungen ("Einspannung")
- Form der Last (Kraft-Angriffstellen und -Richtung)
- Isotropie des Materials
In unserem Fall sprechen alle 4 Kriterien für die Möglichkeit, nur einen Teil des Gummipuffers zu modellieren (Zylinder, keine asymmetrische Einspannung, Material isotrop), solange die Lastkraft den Puffer nicht asymmetrisch verformt:
- Eigentlich würde ein "unendlich schmales Tortenstück" des quer halbierten Puffers ausreichen.
- Um den Prozess einfach und anschaulich zu gestalten, beschränken wir uns hier auf eine komplette Hälfte des Gummipuffers. Damit erhalten wir auch die gewünschte komplette Ergebnisdarstellung auf der Schnittfläche (XZ-Ebene des Ursprungskoordinatensystems).
Dafür beenden wir vorläufig die Belastungsanalyse. Die erforderlichen Konstruktionsschritte für das definierte Entfernen einer Baugruppenhälfte werden ausführlich erläutert:
- Die aktivierte Schnittdarstellung schalten wir aus (MFL > Ansicht > Darstellung > Schnitt beenden).
- Die beiden Stahlscheiben machen wir wieder sichtbar.
- Aktivieren der MFL > 3D-Modellierung-Registerkarte zum Modellieren eines Quaders als "Schnittwerkzeug".
- 2D-Skizze auf die Deckfläche der oberen Stahlscheibe
- Geometrie projizieren äußerer Kreisring der Stahlscheibe und X-Achse des Ursprungskoordinatensystem
- Rechteck (drei Punkte) koinzident und tangential an Kreishälfte befestigen:
Damit ist das rechteckige Schnittprofil unabhängig vom Pufferdurchmesser immer hinreichend groß:
- Mittels Extrusion (Differenz) des Rechteck-Profils können wir nun eine Hälfte der Baugruppe entfernen:
Nach Wechsel in die Belastungsanalyse müssen wir die Simulation entsprechend der Symmetrieeigenschaften umkonfigurieren:
- Die Kraft der Streckenlast darf nur noch 50 N betragen.
- Die (automatischen) Kontakte muss man aktualisieren.
- Für die Schnittflächen muss mittels zusätzlicher festgelegter Abhängigkeit die Bewegung in Y-Richtung verhindert werden:
- Mit dem reduzierten, aktualisierten Netz gelingen unter Beachtung der Symmetriebedingungen nun vergleichbare Ergebnisse wie mit dem kompletten Modell (Deformationsdarstellung angepasst x5):
- Das reduzierte Netz ermöglicht eine Verfeinerung insbesondere der globalen Elementgröße.
- Nach einer Anpassung des Maximalwertes der Farbskala auf einen sinnvollen Wert unterhalb des berechneten Extremwertes ergibt sich z.B. folgender Verlauf der Belastung innerhalb der Gummihülse:
Fragen (Streckenlast)
- Wie groß ist der Maximalwert der Mises-Spannung im Gummimaterial.
- Wie stark wird der Gummipuffer maximal zusammengedrückt (in Z-Richtung).
